Energiezukunft
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Sonnenenergie Landwirtschaft Solarzellen Gemüseanbau

Augenblick mal ...

Photovoltaik und Landwirtschaft auf demselben Acker, Gemüseanbau mit Solarstrom mitten in der Wüste: Was nach einer Fata Morgana klingt, ist bereits Realität. Experten kombinieren verschiedene Nutzungen für mehr Effizienz.

Gelbe Sonnen schmücken Adolf Goetzbergers Krawatte. "Solarenergie ist mein Hobby", sagt der 86-Jährige. Das ist ein wenig untertrieben: Goetzberger hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg gegründet und ist einer der weltweit bedeutendsten Solarpioniere. Nach wie vor kommt er jeden Tag ins Institut und unterstützt junge Kollegen mit seinem Wissen. Aktuell forschen sie an einer Idee, die Goetzberger vor mehr als 30 Jahren hatte und die nun wahr werden könnte: Agrophotovoltaik.

1981 schlug Goetzberger vor, zwischen aufgeständerten Solarzellen Kartoffeln und Gemüse anzubauen. Doch seine visionäre Idee war ihrer Zeit voraus: Photovoltaik gab es vor allem in der Weltraumtechnik, die Kosten waren extrem hoch. Heute stehen die Vorzeichen besser, Systempreise und Erzeugungskosten sinken seit Jahren. Nun wollen die Forscher des Fraunhofer ISE den Ansatz ihres Gründers umsetzen – gemeinsam mit Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie, Agrarexperten der Universität Hohenheim, der BayWa r.e. als Techniklieferant und weiteren Partnern.

Von 2015 bis 2019 soll auf den Äckern der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach in Herdwangen-Schönach – zwölf Kilometer nördlich des Bodensees – die bundesweit erste Agrophotovoltaik-Anlage entstehen, deren Bau und Betrieb parallel erforscht wird. Die Solarzellen sitzen in fünfeinhalb Metern Höhe auf einer Stahlkonstruktion, unter der Früchte wachsen und Mähdrescher oder Traktoren passieren können. Im Schatten der Module will die Hofgemeinschaft der Demeter-Fruchtfolge entsprechend Kartoffeln, Zwiebeln, Salate, Rote Bete, Pastinaken, Weizen und Grünklee anbauen. Der erzeugte Strom für rund 80 Haushalte wird zum Großteil vor Ort vermarktet, den Überschuss nimmt der Ökostromanbieter Elek­trizitätswerke Schönau ab.

„Wenn wir Ackerboden doppelt nutzen, sinkt der Flächenverbrauch“, sagt Stephan Schindele, Projektleiter Agrophotovoltaik beim Fraunhofer ISE. „Gleichzeitig heben wir die Flächenkonkurrenz zwischen Solarenergie und Nahrungsmitteln auf und erschließen neue Flächen für die Energiewende, ohne dass sie für die Landwirtschaft wegfallen.“ Schließlich sind fruchtbare Böden eine rare Ressource: Seit 1961 ist die Ackerfläche pro Kopf weltweit um rund 46 Prozent gesunken. Immer mehr Böden gehen durch Erosion verloren, werden versalzen und versiegelt – oder zur Energiegewinnung benötigt. Zwar stehen in Deutschland genug Äcker für den Photovoltaikausbau zur Verfügung. Jeder Hektar Ackerland, der hierzulande verloren geht, bedarf jedoch andernorts einer größeren Fläche, um die gleiche Menge an Nahrung zu erzeugen. Denn die Ertragsqualität deutscher Böden ist im internationalen Vergleich überdurchschnittlich hoch. 

Zugleich benötigt die boomende Solarenergie neue Flächen: So wurde etwa mehr als ein Fünftel der bis Ende 2014 weltweit installierten Leistung von 177 Gigawatt allein im vergangenen Jahr realisiert. Schon bald wird Solarstrom in vielen Teilen der Welt den günstigsten Strom liefern. Forscher und Ingenieure erschließen daher neue Flächen: auf Äckern, in Wüsten, sogar auf Seen. Agrophotovoltaik ist eine von vielen Ideen. Für Landwirte und Anlagenbetreiber hätte die Doppelernte gleich mehrere Vorteile, weiß Stephan Schindele: „Der Betreiber muss die Anlage nicht mehr umzäunen und spart sich den Dienstleister, der ihm das Gras mäht: Das erledigt nun der Landwirt. Der wiederum kann die Fläche doppelt nutzen – und beide teilen sich die Pacht.“ Wer zum Beispiel Bio-Geflügelhaltung betreibt, kann auch mobile Hühnerställe unter der Anlage platzieren: Unter den aufgeständerten Solarmodulen haben die Hühner genügend Auslauf.

Mit Ernteeinbußen im Schatten der Solarmodule rechnen die Freiburger Forscher nicht. Erste Studien ergaben, dass das Wachstum vieler Arten durch eine geringe Beschattung nicht beeinflusst wird. Nur bei Pflanzen mit hohem Lichtbedarf wie Mais sinkt der Ertrag. Manche Feldfrüchte wie Kartoffeln oder Zwiebeln wachsen im Schatten sogar noch besser. Das gilt auch für Obst, Hopfen und Wein: In Brescia, Norditalien, schützt seit 2011 eine Agrophotovoltaik-Anlage Weinreben vor Hitze und Sonnenbrand. Denn die zunehmende Sonneneinstrahlung führt zu einem überdurchschnittlich hohen Zucker- und Alkoholgehalt. Die Folge: Viele Winzer ernten schon, obwohl ihre Trauben noch gar nicht ausgereift sind. Darunter leidet die Qualität. Mit solchen Problemen kämpft man in Brescia jetzt nicht mehr: Im Schatten der Solarmodule reifen die Trauben langsamer und bekommen keinen Sonnenbrand mehr.

Genug Flächen für Agrophotovoltaik wären vorhanden: Allein in Deutschland liege das erschließbare Potenzial bei 25 bis 50 Gigawatt, schätzen die Forscher des Fraunhofer ISE. Zum Vergleich: Ende 2014 waren bundesweit rund 39 Gigawatt Photovoltaik­leistung installiert, davon 9 Gigawatt auf Acker- und Konversionsflächen, also ehemaligen, nun brachliegenden Militär-, Industrie- und Gewerbeflächen.

Photovoltaikanlagen weltweit

Auch international könnte das Beispiel Schule machen, etwa in Katar: Bislang muss der Wüstenstaat mehr als 90 Prozent seiner Lebensmittel importieren. Künftig aber will das Land im heißen Wüstensand rund um Doha selbst Gemüse, Getreide und Algen züchten. Auf einer Fläche fast dreimal so groß wie das Saarland sollen Gewächshäuser und Felder entstehen, kombiniert mit Solarkraftwerken. Wie die Wüsten­oase aussehen könnte, testeten die Kataris in einem Pilotprojekt: Bis 2014 wuchsen in einem Gewächshaus in der Wüste, eine Stunde von Doha entfernt, Gurken und Tomaten. Vom nahe gelegenen Meer schafften Leitungen Salzwasser herbei, das solarbetriebene Entsalzungsanlagen in Süßwasser umwandelten. Dieses wurde zum Bewässern in den Gewächshäusern verwendet. Auf einem kleinen Feld im Freien wuchs Gerste. Um das Feld zu kühlen, stellten die Ingenieure mannshohe, in Wasser getränkte Wände aus perforiertem Karton an den Rand des Ackers. Immer wenn der heiße Wüstenwind durch die Karton­öffnungen wehte, kühlte er ab und milderte die Temperatur auf dem Feld. Der Wasserverbrauch der Pflanzen sank dadurch um bis zu 40 Prozent.

"Wir sind dabei, die Wüste in Katar zu begrünen", sagt Joakim Hauge, Chef des Sahara Forest Project. Hauge will dazu bestehende Techniken – Gewächshäuser, Landwirtschaft sowie Photovoltaik – zusammenführen und so den Verbrauch an Boden und Wasser senken. Ressourcenschonende Landwirtschaft, die Ackerbau, erneuerbare Energie und eine effiziente Bewässerung vereint, ist gefragter denn je. Schon heute leben weltweit mehr als zwei Milliarden Menschen in Trockengebieten. Viele von ihnen hängen von der Landwirtschaft ab. Wüstenbildung, Wassermangel, Verödung und Bodenerosion bedrohen ihre Anbauflächen. Lösungen wie in Katar könnten einen Ausweg aus dem Dilemma aufzeigen.

Mit anderen Problemen kämpft Japan. Nach dem Reaktorunglück von Fukushima wurden die meisten Kernkraftwerke aus Sicherheitsgründen vom Netz genommen und fahren erst nach und nach wieder hoch. Um den Stromengpass zu überbrücken, hat das Land Solaranlagen kräftig ausgebaut. Auch auf dem Acker: Ein neues Gesetz fördert Photovoltaik auf landwirtschaftlichen Nutzflächen nur, wenn unter den Modulen weiterhin mindestens 80 Prozent landwirtschaftliche Erträge erzielt werden. So will die Regierung den Landwirten eine neue Erwerbsquelle sichern und der grassierenden Landflucht entgegenwirken: Nach Fukushima ist das Vertrauen in Lebensmittel vom Acker geschwunden, Landwirte sind daher auf Zusatzeinnahmen angewiesen.

Damit sichert Agrophotovoltaik in einem der am dichtesten besiedelten Länder Asiens Arbeitsplätze und schont Böden: Adolf Goetzberger wird es aus dem fernen Breisgau mit Freude beobachten.

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bis 50 Gigawatt – so hoch schätzen Forscher vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE das erschließbare Potenzial von Agrophotovoltaik in Deutschland. Zum Vergleich: Ende 2014 waren bundesweit rund 39 Gigawatt Photovoltaikleistung installiert, davon 9 Gigawatt auf Acker- und Konversionsflächen, also ehemaligen, jetzt brachliegenden Militär-, Industrie- und Gewerbeflächen.
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Solarmodule liefern Strom für den Betrieb des Wasserspeichers der Sheeplands Farm in Berkshire/GB. Der Speicher, auf dem die Solarzellen zugleich schwimmen, fasst 60 Millionen Liter.
„Wir sind dabei, die Wüste in Katar zu begrünen!“
Joakim Hauke, Chef des Sahara Forest Project

BayWa r.e. im Porträt

Die BayWa Tochter BayWa r.e. reneweble energy GmbH bündelt die Konzernaktivitäten in der Solar-, Wind- und Bioenergie sowie Geothermie. Seit seiner Gründung 2009 hat sich das Unternehmen zu einem der stabilsten Projektentwickler und Systemanbieter von Photovoltaikanlagen in Deutschland und Europa entwickelt. Das Angebot reicht von der Projektentwicklung und -realisierung über den Photovoltaikhandel bis hin zur technischen Anlagenbetreuung inklusive Wartung und kaufmännischer Betriebsführung sowie des Vertriebs von Ökostrom und Ökogas.
Die BayWa r.e. hat Standorte in Europa, den USA und seit Kurzem auch ein Büro in Japan. 

www.baywa-re.com

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